黄土隧道洞口段高陡仰坡动力响应特征研究
发布时间：2021-10-23 17:32
随着我国经济实力的不断增强,以及国家一系列新战略新举措的实施,西部地区迎来了重大机遇。许多的高速铁路在西部铁地区修建,在接下来的十四五规划中西部地区还有大量的高速铁路正在或已经规划。西部地区高山沟谷纵横,地形复杂,在修建高速铁路的过程中需要修建大量隧道以穿越山岭,而隧道洞口段作为进出隧道的咽喉,在保障线路畅通尤其是抗震救援中起着必不可少的作用。因此,开展对黄土隧道洞口段高陡仰坡在地震动力响应下的研究就显得尤为重要。本文依托宝兰客运专线某黄土隧道为工程背景,借助Midas GTS/NX有限元软件进行数值模拟并通过振动台模型试验,对黄土隧道洞口段高陡仰坡动力响应特征进行了研究,结果表明:（1）通过数值模拟发现,仰坡坡面位移随着隧道进洞高程的增加而增大,仰坡坡面加速度随着隧道进洞高程的增加而减小。其中,在坡脚进洞时最大位移为20.26cm,最大加速度为9.92m/s2,三分之一高程进洞时最大位移为21.13cm,最大加速度为9.27m/s2,三分之二高程进洞时最大位移为36.74cm,最大加速度为8.38 m/s2。（2）对模...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国地震分布图[3]
兰州交通大学硕士学位论文-3-岭隧道的地震破坏分为了8种模式，并给出了历史地震和汶川地震时各种破坏模式在8种破坏类型中的比例，如图1.2所示。图1.2地震中山岭隧道震害发生形式及比例分布图[7]从图1.2可以看出，在历史地震中，隧道结构最容易发生的震害是隧道洞身衬砌裂损，占8种隧道病害的36.60%，洞口边仰坡失稳排名第三，占8种隧道震害的12%。但是，在汶川地震时，又发生了比较大的变化，最容易发生的震害模式变成是洞口边仰坡失稳，占8种隧道病害的22.20%。根据以上分析可以得出，在修建山岭隧道时，尤其是在西部地区，对黄土地区山岭隧道洞口段边仰坡的稳定性和安全性应该引起足够的重视。目前，国内外专家学者对隧道结构抗震问题进行了大量的分析和研究，主要通过以下三种方法进行。1.2.1原型观测法原型观测法主要是通过实地观察，进行隧道结构抗震研究的一种方法。一般是通过调查以及实际测量结构的位移来了解隧道结构在地震时破坏情况[8]。虽然通过对地震的调查及测量，能够详细的还原和记录隧道动力反应的全过程，但是，因为地震的偶然性和随机性，只有在地震结束后才能进行震害的调查和总结，因此，对震后的分析总结带来很多的困难，对地震的观测也很难及时开展。2008年汶川地震后，国内外专家学者对山岭隧道的震害形式及隧道抗震方法进行了大量的研究。WANGZhengzheng[9]、王明年[10]、李天斌[11]等山岭隧道在地震后的震害形式及影响因素进行了全面的调查和总结，获得许多重要的研究成果。Sharma等[12]通过搜集地下结构及构筑物，在地震后的破坏形式及破坏类型，对地下结构的震害形式、
兰州交通大学硕士学位论文-5-受力情况的影响进行了分析；GotoY等[26]通过振动台模型试验对两平行隧道动力响应的影响进行了研究；凌燕婷等[27-29]通过振动台模型试验，分析了隧道洞口段的抗减震效果及地震动力响应对隧道的影响。1.3研究目的及意义隧道洞口段的病害类型主要是由于仰坡坡面的落石及滑塌所引起，如图1.3所示，本文将主要讨论黄土隧道洞口段在地震动力作用下仰坡坡面的破坏形式，并对仰坡坡面的位移变化及加速度响应进行深层次的分析，以此来研究隧道洞口段的位移、应力及加速度响应，通过分析研究得出隧道洞口段的设防长度及隧道不同进洞高程对隧道洞口段的影响。本文中数值模拟将借助MIDASGTS/NX有限元计算软件，考虑建立三种不同工况，即60坡脚进洞、三分之一高程进洞、三分之二高程进洞进行分析，模型试验主要借助大型振动台试验设备，进行黄土隧道高陡仰坡的动力响应研究，并将数值模拟结果与模型试验结果进行对比分析来研究仰坡不同进洞高程下隧道衬砌及仰坡坡面对隧道产生的影响，通过本文的研究希望对以后在隧道设计施工及抗震设防提供参考。（a）边仰坡崩塌[30]（b）隧道洞口仰坡崩塌落石[31]（c）隧道洞口淹埋[30]（d）隧道明洞被落石击穿[30]图1.3隧道洞口病害实例
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验[J]. 任洋,李天斌,赖林. 岩土力学. 2020(05)
[2]进洞高程对黄土隧道洞口衬砌和仰坡动力响应的影响[J]. 孙纬宇,严松宏,汪精河,欧尔峰,梁庆国. 世界地震工程. 2019(02)
[3]2018年震情述评[J]. 王月,薛艳,张小涛,邓世广,马亚伟,姜祥华,杨文,韩颜颜,解孟雨,宋金,史海霞,周龙泉. 中国地震. 2019(01)
[4]大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究[J]. 梁庆国,边磊,张钦鹏,黄俊,王猛. 公路交通科技. 2018(07)
[5]考虑边坡进洞高程的黄土隧道洞口段动力响应数值模拟[J]. 房军,梁庆国,张钦鹏,贺谱,王丽丽. 地震工程与工程振动. 2018(03)
[6]不同加载方向的山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验[J]. 侯森,陶连金,赵旭,仇文革,黄凯平,吴秉林. 中南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]隧道洞口部边坡动力响应特性振动台试验研究[J]. 曹俊. 公路交通技术. 2015(03)
[8]汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究[J]. 崔光耀,刘维东,倪嵩陟,王明年,林国进. 现代隧道技术. 2014(06)
[9]地下工程数值计算中地震动输入方法选择及实现[J]. 赵武胜,陈卫忠,郑朋强,于建新. 岩石力学与工程学报. 2013(08)
[10]振动台试验中地震动选择及输入顺序研究[J]. 周颖,张翠强,吕西林. 地震工程与工程振动. 2012(06)
博士论文
[1]强震作用下山岭隧道洞口段地震响应分析及减震措施研究[D]. 曹小平.兰州交通大学 2013
硕士论文
[1]桥隧相连工程中黄土隧道洞口段地震动力响应特性研究[D]. 房军.兰州交通大学 2019
[2]黄土隧道洞口段静力和地震动力响应特征研究[D]. 贺谱.兰州交通大学 2019
[3]高速公路桥隧搭接结构地震动力响应特性及减震措施研究[D]. 王学义.中南林业科技大学 2018
[4]地震作用下黄土隧道进洞高程对洞口段动力响应的影响研究[D]. 蒲建军.兰州交通大学 2017
[5]考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究[D]. 张钦鹏.兰州交通大学 2017
[6]强震作用下山岭隧道洞口段典型震害的机理研究[D]. 许劲松.西南交通大学 2016
[7]考虑边坡进洞高程效应的隧道洞口段抗震技术研究[D]. 王丽丽.兰州交通大学 2015
[8]地震载荷作用下浅埋隧道支护结构的响应特性研究[D]. 李小云.西安科技大学 2011
[9]山区高速公路桥隧连接工程关键性技术研究[D]. 薛杰.武汉理工大学 2010
[10]隧道地震反应若干影响因素研究[D]. 吕淑杰.大连理工大学 2007
本文编号：3453600
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：83 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
中国地震分布图[3]
兰州交通大学硕士学位论文-3-岭隧道的地震破坏分为了8种模式，并给出了历史地震和汶川地震时各种破坏模式在8种破坏类型中的比例，如图1.2所示。图1.2地震中山岭隧道震害发生形式及比例分布图[7]从图1.2可以看出，在历史地震中，隧道结构最容易发生的震害是隧道洞身衬砌裂损，占8种隧道病害的36.60%，洞口边仰坡失稳排名第三，占8种隧道震害的12%。但是，在汶川地震时，又发生了比较大的变化，最容易发生的震害模式变成是洞口边仰坡失稳，占8种隧道病害的22.20%。根据以上分析可以得出，在修建山岭隧道时，尤其是在西部地区，对黄土地区山岭隧道洞口段边仰坡的稳定性和安全性应该引起足够的重视。目前，国内外专家学者对隧道结构抗震问题进行了大量的分析和研究，主要通过以下三种方法进行。1.2.1原型观测法原型观测法主要是通过实地观察，进行隧道结构抗震研究的一种方法。一般是通过调查以及实际测量结构的位移来了解隧道结构在地震时破坏情况[8]。虽然通过对地震的调查及测量，能够详细的还原和记录隧道动力反应的全过程，但是，因为地震的偶然性和随机性，只有在地震结束后才能进行震害的调查和总结，因此，对震后的分析总结带来很多的困难，对地震的观测也很难及时开展。2008年汶川地震后，国内外专家学者对山岭隧道的震害形式及隧道抗震方法进行了大量的研究。WANGZhengzheng[9]、王明年[10]、李天斌[11]等山岭隧道在地震后的震害形式及影响因素进行了全面的调查和总结，获得许多重要的研究成果。Sharma等[12]通过搜集地下结构及构筑物，在地震后的破坏形式及破坏类型，对地下结构的震害形式、
兰州交通大学硕士学位论文-5-受力情况的影响进行了分析；GotoY等[26]通过振动台模型试验对两平行隧道动力响应的影响进行了研究；凌燕婷等[27-29]通过振动台模型试验，分析了隧道洞口段的抗减震效果及地震动力响应对隧道的影响。1.3研究目的及意义隧道洞口段的病害类型主要是由于仰坡坡面的落石及滑塌所引起，如图1.3所示，本文将主要讨论黄土隧道洞口段在地震动力作用下仰坡坡面的破坏形式，并对仰坡坡面的位移变化及加速度响应进行深层次的分析，以此来研究隧道洞口段的位移、应力及加速度响应，通过分析研究得出隧道洞口段的设防长度及隧道不同进洞高程对隧道洞口段的影响。本文中数值模拟将借助MIDASGTS/NX有限元计算软件，考虑建立三种不同工况，即60坡脚进洞、三分之一高程进洞、三分之二高程进洞进行分析，模型试验主要借助大型振动台试验设备，进行黄土隧道高陡仰坡的动力响应研究，并将数值模拟结果与模型试验结果进行对比分析来研究仰坡不同进洞高程下隧道衬砌及仰坡坡面对隧道产生的影响，通过本文的研究希望对以后在隧道设计施工及抗震设防提供参考。（a）边仰坡崩塌[30]（b）隧道洞口仰坡崩塌落石[31]（c）隧道洞口淹埋[30]（d）隧道明洞被落石击穿[30]图1.3隧道洞口病害实例
【参考文献】：
期刊论文
[1]强震区隧道洞口段边坡动力响应特征离心振动台试验[J]. 任洋,李天斌,赖林. 岩土力学. 2020(05)
[2]进洞高程对黄土隧道洞口衬砌和仰坡动力响应的影响[J]. 孙纬宇,严松宏,汪精河,欧尔峰,梁庆国. 世界地震工程. 2019(02)
[3]2018年震情述评[J]. 王月,薛艳,张小涛,邓世广,马亚伟,姜祥华,杨文,韩颜颜,解孟雨,宋金,史海霞,周龙泉. 中国地震. 2019(01)
[4]大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究[J]. 梁庆国,边磊,张钦鹏,黄俊,王猛. 公路交通科技. 2018(07)
[5]考虑边坡进洞高程的黄土隧道洞口段动力响应数值模拟[J]. 房军,梁庆国,张钦鹏,贺谱,王丽丽. 地震工程与工程振动. 2018(03)
[6]不同加载方向的山岭隧道洞口段地震响应振动台模型试验[J]. 侯森,陶连金,赵旭,仇文革,黄凯平,吴秉林. 中南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[7]隧道洞口部边坡动力响应特性振动台试验研究[J]. 曹俊. 公路交通技术. 2015(03)
[8]汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究[J]. 崔光耀,刘维东,倪嵩陟,王明年,林国进. 现代隧道技术. 2014(06)
[9]地下工程数值计算中地震动输入方法选择及实现[J]. 赵武胜,陈卫忠,郑朋强,于建新. 岩石力学与工程学报. 2013(08)
[10]振动台试验中地震动选择及输入顺序研究[J]. 周颖,张翠强,吕西林. 地震工程与工程振动. 2012(06)
博士论文
[1]强震作用下山岭隧道洞口段地震响应分析及减震措施研究[D]. 曹小平.兰州交通大学 2013
硕士论文
[1]桥隧相连工程中黄土隧道洞口段地震动力响应特性研究[D]. 房军.兰州交通大学 2019
[2]黄土隧道洞口段静力和地震动力响应特征研究[D]. 贺谱.兰州交通大学 2019
[3]高速公路桥隧搭接结构地震动力响应特性及减震措施研究[D]. 王学义.中南林业科技大学 2018
[4]地震作用下黄土隧道进洞高程对洞口段动力响应的影响研究[D]. 蒲建军.兰州交通大学 2017
[5]考虑边坡进洞高程的大断面黄土隧道洞口段动力响应特征研究[D]. 张钦鹏.兰州交通大学 2017
[6]强震作用下山岭隧道洞口段典型震害的机理研究[D]. 许劲松.西南交通大学 2016
[7]考虑边坡进洞高程效应的隧道洞口段抗震技术研究[D]. 王丽丽.兰州交通大学 2015
[8]地震载荷作用下浅埋隧道支护结构的响应特性研究[D]. 李小云.西安科技大学 2011
[9]山区高速公路桥隧连接工程关键性技术研究[D]. 薛杰.武汉理工大学 2010
[10]隧道地震反应若干影响因素研究[D]. 吕淑杰.大连理工大学 2007
本文编号：3453600
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